新型人工晶体设计及其对人眼视功能影响的理论研究

摘要

晶体性屈光手术是屈光手术的主要方法之一，随着人们对视功能的要求越来越高，新型人工晶体(intraocular lens，IOL)的研究和设计至关重要。本文主要基于光学成像理论和像差理论，结合眼光学系统模型和特点，对几种新型人工晶体的设计及其光学性能进行了研究：从提高人眼屈光调节力和补偿角膜球差(Zernike球差)的角度出发，研究了治疗白内障的可调节人工晶体和非球面人工晶体的设计及其光学性能；研究了一种新兴的以矫正人眼屈光不正为目的的内植镜——有晶体眼人工晶体(Phakic intrsaocular lens，PIOL)的设计和光学性能；针对角膜屈光手术后，人工晶体屈光度预算不准这一问题，研究了角膜屈光术后人工晶体预算的新方法。本研究为视光学中人工晶体的光学性能及人工晶体的设计提供了理论依据和设计方法，对于提高人眼视力矫正水平具有重要意义。本论文的主要创新性成果如下： 1．研究了人工晶体折射率、中心厚度、非球面、光学结构、A常数及人工晶体的移动距离等因素对人眼屈光调节力的贡献及成像质量影响，结果表明：10L移动度对人眼屈光调节力贡献最大，材料、厚度、结构对调节力影响较小，具有非球面光学面的IOL和植入人眼后具有较大ACD(由A常数决定)的IOL对人眼屈光调节力的贡献相对较大；在此基础上，给出了一种双片式可调节人工晶体(accommodating IOL，AIOL)的模型，并分析了不同透镜组合形式的双片式可调节人工晶体对人眼屈光调节力的影响，当负透镜一正透镜组合的双片式可调节人工晶体的负透镜在相对正透镜移动的距离与单片式可调节人工晶体在眼内移动距离相同时，双片式可调节人工晶体使人眼获得的屈光调节力明显较高，且屈光调节力的大小随负透镜屈光度的增大和正透镜屈光度的减小而增大。 2．给出了非球面人工晶体(aspherical IOL)的设计方法和实例，对植入非球面人工晶体的眼系统的成像质量分析表明：系统MTF，对比敏感度及离焦MTF都优于传统球面人工晶体所在眼系统，非球面人工晶体表现出其优越的光学性能。在考虑非球面人工晶体在眼内出现偏心和倾斜的情况下，IOL负球差值越大，其倾斜和偏心对人眼视功能的降低越明显；植入无球差IOL的人眼的视功能受其倾斜和偏心的影响较小，对人眼成像质量的改善不仅优于正球差IOL，而且优于负球差IOL。 3．给出了一种根据人眼佩戴眼镜或角膜接触镜屈光度的大小来确定要植入人眼的PIOL屈光度计算公式，并研究了同屈光度，同厚度，不同光学面形的PIOL对人眼成像质量的影响。结果表明：无论对近视态人眼还是远视态人眼，植入凸凹型PIOL对眼系统的视觉矫正效果都要好于其它结构型PIOL，尤其是对球差的矫正。 4．提出了一种采用传统人工晶体屈光度计算公式与光线追迹相结合来预算角膜屈光矫正术后白内障术眼所需植入人工晶体屈光度的新方法，并对该方法的准确性进行了评价。分析结果表明：以Hwey—Lan Liou眼模型的角膜光学参数为基础，取眼轴长度为27mm，当近视屈光矫正度从3D到9D变化时，所需植入的人工晶体屈光度从16.99D增大到25.98D，表征该计算方法误差的D<,o>与D<,N>差值从0.12D增大到0.63D，均值为0.36D，基本满足手术要求效果，该计算方法简单、准确。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第一节人眼模型

§1.1.1眼睛的生理结构

§1.1.2眼睛的物理模型

第二节人工晶体发展概况

§1.2.1无晶体眼人工晶体(Intraocular lens，IOL)

§1.2.2有晶体眼人工晶体(Phakic intraocular lens，PIOL)

第三节人工晶体屈光度预算公式

§1.3.1无晶体眼人工晶体

§1.3.2有晶体眼人工晶体

第四节人工晶体在应用中存在的问题

第五节本文主要研究内容

第二章描述人眼视功能的基本理论

第一节人眼像差的描述

§2.1.1波前像差的概念

§2.1.2 Zernike多项式

第二节测定人工晶体模拟眼内状态屈光度的方法

第三节眼屈光调节力

第四节表述人眼成像性质的其他常用参量

§2.4.1光学传递函数(OTF)和点扩散函数(PSF)

§2.4.2视敏度(视力)

§2.4.3对比敏感度

第五节小结

第三章可调节人工晶体的研究

第一节引言

第二节单片式可调节人工晶体

§3.2.1人工晶体屈光度大小确定

§3.2.2计算AIOL屈光调节力方法

§3.2.3不同因素对AIOL屈光调节力的影响

§3.2.4讨论

第三节双片式可调节人工晶体

§3.3.1双片式可调节人工晶体模型及工作原理

§3.3.2与单片式可调节人工晶体调节能力的比较

§3.3.3计算结果及讨论

第四节小结

第四章非球面人工晶体设计及其光学性能研究

第一节非球面人工晶体设计

§4.1.1非球面人工晶体对改善人眼成像质量的作用

§4.1.2非球面曲面方程

§4.1.3非球面人工晶体设计方法

§4.1.4非球面人工晶体光学性能分析

第二节不同球差非球面人工晶的偏心和倾斜对其光学性能的影响

§4.2.1计算方法

§4.2.2计算结果

§4.2.3讨论

第三节小结

第五章有晶体眼人工晶体(PIOL)研究

第一节引言

第二节矫正近视、远视的P工OL屈光度计算

§5.2.1 PIOL屈光度计算公式

§5.2.2PIOL计算实例

第三节近视与远视眼光学系统模型

§5.3.1模型眼给定

§5.3.2像质优化理论分析

§5.3.3屈光不正态眼的内植镜的优化光学参数计算实例

第四节小结

第六章确定角膜屈光术后人工晶体屈光度的新方法

第一节选题意义

第二节预算方法

§6.2.1人工晶体植入位置的计算

§6.2.2计算人工晶体屈光度方法

第三节方法准确性分析

§6.3.1模拟术后测量得到的角膜切削区光学参数

§6.3.2角膜术后切削区光学参数计算实例

§6.3.3晶体屈光度的计算

§6.3.4误差分析

§6.3.5讨论

第四节小结

第七章总结与展望

第一节本文的主要研究内容和结果

第二节本文的主要创新点

第三节需要进一步研究的问题

参考文献

致谢

个人简历及博士期间发表论文情况